JP3680983B2 - Encoder initial position detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボモータ等に使用して好適なエンコーダの初期位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
Nビット(Nbit)のエンコーダの従来例を図4に示す。同図において、1はスリット板、2はLED(発光ダイオード)、3は受光素子群、4は抵抗、5はI/V(電流/電圧)変換回路、6はコンパレータ、8はM系列符号から位置信号に変換する変換テーブル80,カウンタ81,ラッチ82および加算器84等からなるディジタル処理部である。
【0003】
スリット板1は、1回転で1周期となるような2値乱数信号であるM系列信号に基づいて遮光,透過を繰り返すパターンと、等間隔で1回転に2のN乗(2N )回だけ遮光,透過を繰り返すA,Bパルスパターンを持つ。LED2より発光された光は、スリット板1を経て受光素子群3にて受光される。受光素子群3は、スリット板1のM系列のパターンを通った光を受光し電流に変換するN個のM系列受光素子31と、スリット板1のA,Bパルスパターンを通した光を受光するAパルス受光素子と、Aパルスの周期から1/4周期ずれた周期の出力を得るBパルス受光素子(以下、これらをまとめてA,Bパルス受光素子32ともいう)と、M系列受光素子31にて変換された電流を増幅するN個のトランジスタ34等から構成される。
【0004】
N個のトランジスタ34より出力された電流は、N個の抵抗4によって電圧に変換され、A,Bパルス受光素子32より出力された電流は、I/V変換回路5によって電圧に変換される。電圧に変換された信号は、コンパレータ6によりA,Bパルス信号の振幅(P−P)の中心電圧Eと比較され、パルスに波形整形される。これら電圧に変換されたN本(Nbit)のM系列信号およびA,Bパルスは、ディジタル処理部8に入力され、それぞれ以下のように処理される。
【0005】
変換テーブル80は例えば図5に示すように、NbitのM系列信号をNbitの位置データに変換するN×Nの大きさのテーブルである。また、A,Bパルスのカウンタ81は、図6に示すような位相が90度ずれたAパルス,Bパルスを1てい倍(逓倍)して、アップ/ダウンカウントするようなカウンタである。
【0006】
ディジタル処理部8での処理は次のように行なわれる。
まず、電源投入直後に、M系列/位置変換テーブル80によりM系列/位置変換を行なう。これが終了すると、M系列/位置変換終了フラグがセットされ、ラッチ82ではテーブル80の出力が初期位置検出値として保持されるとともに、A,Bパルスのカウンタ81がクリア(clr)される。加算器84により、テーブル出力のラッチ出力(M系列位置検出値ともいう)と、A,Bパルスのカウンタ値が加算され、この加算結果がエンコーダの位置検出値となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成において、限られた径のスリット板1において高分解能を得ようとする(Nを大きくする)場合、LED2の限られた照射面積内に、スリット板のパターンに対応する形状の受光素子群3を配置しなければならないため、受光素子1個あたりの面積が小さくなる。特に、M系列受光素子はその出力信号の個数も多いため、A,Bパルス受光素子に比べて面積を小さくせざるを得ないことが多く、出力する信号も微小となる。したがって、トランジスタ34などを用いて増幅することが必要となる。このように、トランジスタを用いて増幅する場合、トランジスタはベース・エミッタ間に容量を持っており、電流/電圧変換の抵抗4との間で、出力信号に遅延が生じる。
【0008】
そのため、エンコーダの回転体が高速で回転するような場合、遅延の影響でM系列信号が遅れてしまい、誤った検出をしてしまうおそれがある。そのため、従来はM系列位置検出を行なう電源投入時は、エンコーダの回転体が或る回転数以下であるといった使用上の制限を設けていることが多い。
したがって、この発明の課題はエンコーダの回転体の回転数による制限を受けることなく、正確な位置検出を可能とすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決を図るべく、請求項1の発明では、エンコーダの回転体1回転で1周期となるような2値乱数信号(以下、M系列信号という)を出力するM系列信号出力手段と、エンコーダの回転体1回転で任意の分解能の数だけ出力され、かつ、デューティが50%のAパルス信号およびこのAパルス信号に対し1周期の1/4だけずれたBパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、前記M系列信号を位置データに変換する変換手段と、前記Aパルス信号およびBパルス信号を計数する計数手段とを備え、電源投入時に前記変換手段を用いて初期位置検出を行ない、その後、この初期位置検出値に前記計数手段からの出力を加算することにより、位置検出を常時可能にしたエンコーダにおいて、
1回転で1パルスだけ同じ位置で発生するZパルス信号を出力するZパルス信号出力手段と、このZパルス信号から位置を検出する位置検出手段とを設け、
エンコーダの回転体が停止時を含む低速で回転中の場合は、前記M系列信号を用いて初期位置検出を行ない、エンコーダの回転体が高速で回転中の場合は、前記Zパルス信号を用いて初期位置検出を行なうことを特徴する。
【0010】
上記請求項1の発明においては、前記エンコーダの回転体が低速か高速かは、或るサンプリング期間における、前記計数手段からの出力値(カウンタ値)の今回値から前回値を引いた差分値の絶対値を、所定値と比較することにより判断することができ(請求項2の発明)、または、前記計数手段からの出力値(カウンタ値)の変化量と、前記変換手段からの出力の変化量とが等しいとき、この変換手段からの出力を正しいものと判断することができ(請求項3の発明)、もしくは、前記Zパルスを前回検出してから今回検出するまでの間に、前記計数手段からの出力値がエンコーダの回転体1回転分相当のA,Bパルス数と等しいとき、Zパルスを用いて位置を検出する位置検出手段からの出力を正しいものと判断することができる。
【0011】
すなわち、請求項1の発明においては、電源投入時等のスリット板などのエンコーダの回転体が低速で回転している状態ではM系列信号を用いて位置検出をし、高速に回転している状態ではZパルスを用いて位置検出をすることにより、低速でも高速でも初期位置検出が可能となる。さらに、M系列を用いた位置検出は、N本のM系列信号を瞬時に読み取るため位置検出時間が短いのに対し、Zパルスを用いた位置検出は、最悪、エンコーダの回転体が1回転するまでの時間を要する。しかし、この発明では、低速においてはM系列を用いた位置検出を行ない、高速においてはZパルスを用いた位置検出を行なうので、Zパルス位置検出を行なう場合でも、回転体が1回転することにかかる時間が短く、初期位置検出に要する時間が短くて済む。
【0012】
請求項2の発明においては、初期位置検出において、A,Bパルスカウント値の、あるサンプリング期間の変化量が大きい/小さいをもって高速/低速の判断を行なうため、新規に高速/低速の判断手段を設けることなく実現できる。
請求項3の発明においては、あるサンプリング期間でのM系列位置検出値の変化量と、A,Bパルスカウント値の変化量が一致することで、M系列位置検出値を正しいとして採用している。異なった受光素子からの信号で、かつ異なる検出手段で得られた結果を比較するため、一方の検出手段がノイズでだめになったとしても、もう一方の検出手段が正常である場合があるので、エンコーダが初期位置検出を誤る可能性を非常に小さくすることができる。また、もし上記の比較が一致しないときは、この動作をリトライするとした場合、初期位置検出値がなかなか確立しないことは、一方の検出手段が正常でないことを意味し、このことからエンコーダの故障を検出できる。
【0013】
請求項4の発明においては、電源投入直後にZパルスを検出してから次にZパルスを検出するまでの間に、A,Bパルスカウント値が1回転分のパルス数だけ変化することをもって、Zパルス位置検出値を初期位置検出値として採用する。これは、異なった受光素子からの信号で、かつ異なる検出手段で得られた結果を比較するため、一方の検出手段がノイズ等でだめになったとしても、もう一方の検出手段が正常である場合があるので、エンコーダが初期位置検出を誤る可能性を非常に小さくすることができる。また、請求項3の発明と同じく、もし上記比較が一致しないときにリトライするとした場合、初期位置検出値がなかなか確立しないことは、一方の検出手段が正常でないことを意味し、このことからエンコーダの故障を検出できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
スリット板1には、1回転で1周期となるようなNビットのM系列信号パターン、等間隔で遮光・透過を繰り返すA,Bパルス信号パターン、および1回転に同じ位置で1回だけ光を透過するZパルス信号パターンが形成されているものとする。LED2より発光された光はスリット板1を通して、受光素子群3にて電流に変換される。したがって、受光素子群3はN個の受光素子列31と、Aパルス受光素子とAパルス受光素子の出力信号から1/4周期位相のずれた波形を出力するように配置されたBパルス受光素子を含むA,Bパルス受光素子32と、Zパルス受光素子33と、M系列受光素子31から出力された電流を増幅するN個のトランジスタ34等より成っている。
【0015】
N個のトランジスタ34から出力された電流は、それぞれN個の抵抗4によって電流から電圧に変換される。また、Zパルス受光素子33から出力された電流は、I/V変換回路5Aにより電圧に変換される。電圧に変換されたZパルス信号は、コンパレータ6Aで、出力(Zパルスのパルス幅)がA,Bパルスのパルス幅程度になるような比較電圧E1と比較され、図6に示すようなZパルス信号に波形整形される。同様に、A,Bパルス受光素子32から出力された電流は、I/V変換回路5により電圧に変換される。電圧に変換されたA,Bパルス信号は電圧Eとコンパレータ6で比較され、図6に示すようなA,Bパルス信号に波形整形される。
【0016】
N本のM系列信号,A,Bパルス信号およびZパルス信号は、それぞれディジタル処理部8に入力されて以下のように処理され、位置検出値に加工される。
M系列/位置変換テーブル80は図4と同じく、N本のM系列信号の入力に対して、Nbitの位置データに変換するN行×N列の大きさのテーブルである。81も図4と同じく、図6に示すようなA,Bパルスを1てい倍して、アップ/ダウンカウントするようなカウンタであり、電源投入時には“0”がプリセットされている。
【0017】
ここで、電源が投入されると、まず最初にスリット板1が停止または低速で回転中か高速で回転中かが、低速/高速判断回路83により判断される。そして、低速の場合、判断回路83は“1”を出力してスイッチ(SW)86によりテーブル80出力を選択し、高速の場合は判断回路83は“0”を出力し、スイッチ(SW)86により“0”、すなわちZパルスによる位置検出値(0)を選択する。次に、86により選択されたデータは、ラッチ82により論理回路85から出力される初期位置検出終了信号の立ち上がりタイミングで、初期位置検出値としてラッチされる。初期位置検出終了信号は論理回路85により電源オン時にクリアされ、低速でかつM系列/位置検出変換終了の場合と、高速でかつZパルスを検出した場合にセットされる。初期位置検出終了信号がセットされたのち、ラッチ82によってラッチされた初期位置検出値と、初期位置検出終了信号の立ち上がりエッジでクリアされたカウンタ81の出力は加算器84によって加算され、常に位置検出が行なわれることになる。
【0018】
図2はこの発明の第2の実施の形態を示す構成図である。図1と異なるのは低速/高速判断回路83の部分だけなので、これについてのみ説明し他については説明を省略する。
低速/高速判断回路83は図示のように、カウンタ81の出力の前回値を保持するバッファ832,前回値から今回値を減算する減算器831,減算結果の絶対値を演算する絶対値演算器833およびコンパレータ834等より構成する。なお、コンパレータ835の入力Aは、低速か高速かの判断しきい値を示す。
【0019】
すなわち、カウンタ81の出力は減算器831により、バッファ832の値から減算され、絶対値演算器833によって絶対値がとられる。この絶対値は、サンプリング間のA,Bパルス変化量である。この変化量はコンパレータ834において、低速か高速かの判断しきい値Aと比較される。こうして、低速/高速判断回路83は低速ならば“1”を、高速ならば“0”を出力する。ここに、低速か高速かを判断するためのしきい値Aは、M系列信号の応答から決まる定数である。
【0020】
図3はこの発明の第3の実施の形態を示す構成図で、図2に示すものに対してM系列位置検出値チェック回路87と、Zパルス位置検出値チェック回路88とを付加して構成される。
まず、M系列位置検出値チェック回路87は、M系列位置検出値の前回値を保持するバッファ871,M系列位置検出値の前回値から今回値を減算する減算器872,カウンタ81の出力の前回値を保持するバッファ874,カウンタ81の出力の前回値から今回値を減算する減算器875,減算器872の出力から減算器875の出力減算する減算器873,およびこの減算器873の出力が“0”かそれ以外かを判断する判断回路876等より構成される。
【0021】
M系列位置検出値チェック回路87の動作について説明する。
テーブル80の出力であるM系列位置検出値は、減算器872により前回値を保持するバッファ871の出力から減算される。この減算結果はサンプリング間のM系列位置検出値の変化量である。一方、A,Bパルスカウンタ81の出力は、減算器875により前回値を保持するバッファ874の出力から減算される。この減算結果はサンプリング間のA,Bパルス数である。サンプリング間のM系列位置検出値の変化量から、サンプリング間のA,Bパルス数が、減算器873により減算される。この減算結果が“0”、すなわちサンプリング間のA,Bパルス数とM系列位置検出値の変化量が一致することを判断回路876は判断し、一致したならば“1”、一致しないならば“0”を出力する。この出力が“1”ならば、M系列位置検出値のチェックはOKであり、低速の場合は論理回路85により、初期位置検出終了フラグがセットされる。もし、上記出力が“0”ならば、低速の場合であっても初期位置検出終了フラグはクリアされたままとなるので、M系列位置検出値のチェック動作を次のサンプリングでリトライする。
【0022】
一方、Zパルス位置検出値チェック回路88は、今回のZパルス検出のタイミングでカウンタ81の出力をラッチするラッチ881,前回のZパルス検出のタイミングでカウンタ81の出力をラッチするラッチ882,その前回値から今回値を減算する減算器883,および減算結果が2のN乗(2N )かどうかを判断する判断回路884等より構成される。その動作は以下のとおりである。
電源投入後、最初にZパルスを検出したときのカウンタ81の出力値をラッチ882にラッチし、次にZパルスを検出したときのカウンタ81の出力値をラッチ881でラッチし、その差分を減算器883により求める。判断回路884は、その差分がスリット板1の1回転分のA,Bパルス数に相当する2N であるかどうかを判断し、その結果が“1”ならばZパルス位置検出のチェックはOKであり、高速の場合は論理回路85により、初期位置検出終了フラグがセットされる。もし、上記出力が“0”ならば、高速であっても初期位置検出終了フラグはセットされずに、Zパルス位置検出値のチェック動作をリトライする。
【0023】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、電源投入時の初期位置検出を、低速でM系列信号を用いて行ない、高速でZパルスを用いることにより、停止時から高速まで、初期位置検出が可能となる。
請求項2の発明によれば、新規に回転数を検出する手段を設けることなく、従来からあるA,Bパルスカウント値を用いて、低速/高速の判断が可能となる。請求項3の発明によれば、或るサンプリング期間でのM系列位置検出値とA,Bパルスカウント値の変化量が一致することでM系列位置検出値を正しいと判断し、初期位置検出値として採用することにより、M系列位置検出の耐ノイズ性を高めることができる。
請求項4の発明によれば、電源投入直後にZパルスを検出してから、次にZパルスを検出するまでの間に、A,Bパルスカウント値が1回転分のパルス数だけ変化することで、Zパルス位置検出値を正しいと判断し、初期位置検出値として採用することにより、Zパルス位置検出の耐ノイズ性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態を示す構成図である。
【図3】この発明の第3の実施の形態を示す構成図である。
【図4】従来例を示す構成図である。
【図5】M系列信号を位置データに変換するテーブル例の説明図である。
【図6】図1〜4の動作説明図である。
【符号の説明】
1…スリット板、2…LED(発光ダイオード)、3…受光素子群、31,32,33…受光素子、34…トランジスタ、4…抵抗、5,5A…電流/電圧(I/V)変換回路、6,6A,834…コンパレータ、8…ディジタル処理部、81…カウンタ、82,881,882…ラッチ、83…低速/高速判断回路、84…加算器、85…論理00086…スイッチ、87…、M系列位置検出値チェック回路、88…Zパルス位置検出値チェック回路、831,872,875,883…減算器、832,871,874…バッファ、833…絶対値演算器、876,884…判断回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an initial position detection apparatus for an encoder suitable for use in a servomotor or the like.
[0002]
[Prior art]
A conventional example of an N-bit (Nbit) encoder is shown in FIG. In the figure, 1 is a slit plate, 2 is an LED (light emitting diode), 3 is a light receiving element group, 4 is a resistor, 5 is an I / V (current / voltage) conversion circuit, 6 is a comparator, and 8 is an M series code. This is a digital processing unit comprising a conversion table 80 for converting to a position signal, a
[0003]
The
[0004]
The current output from the
[0005]
For example, as shown in FIG. 5, the conversion table 80 is an N × N size table for converting an N-bit M-sequence signal into N-bit position data. The A and
[0006]
Processing in the digital processing unit 8 is performed as follows.
First, immediately after the power is turned on, M series / position conversion is performed using the M series / position conversion table 80. When this is finished, the M-sequence / position conversion end flag is set, the latch 82 holds the output of the table 80 as the initial position detection value, and the A and
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration as described above, when a high resolution is to be obtained in the
[0008]
Therefore, when the rotating body of the encoder rotates at a high speed, the M-sequence signal is delayed due to the delay, and there is a risk of erroneous detection. For this reason, conventionally, when power is turned on for M-sequence position detection, there is often a limitation in use such that the rotating body of the encoder is below a certain number of rotations.
Therefore, an object of the present invention is to enable accurate position detection without being limited by the number of rotations of the encoder rotor.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention of
A Z pulse signal output means for outputting a Z pulse signal generated at the same position by one pulse per rotation, and a position detection means for detecting a position from the Z pulse signal are provided.
When the rotating body of the encoder is rotating at a low speed including when it is stopped, the initial position is detected using the M series signal. When the rotating body of the encoder is rotating at a high speed, the Z pulse signal is used. An initial position detection is performed.
[0010]
In the first aspect of the invention, whether the rotating body of the encoder is low speed or high speed is obtained by subtracting the previous value from the current value of the output value (counter value) from the counting means in a certain sampling period. The absolute value can be determined by comparing with a predetermined value (the invention of claim 2), or the amount of change in the output value (counter value) from the counting means and the change in the output from the converting means When the quantity is equal, it is possible to judge that the output from the conversion means is correct (invention of claim 3), or during the period from the previous detection of the Z pulse to the current detection. When the output value from the means is equal to the number of A and B pulses corresponding to one rotation of the rotary body of the encoder, the output from the position detection means for detecting the position using the Z pulse can be determined to be correct.
[0011]
That is, according to the first aspect of the invention, when the rotary body of the encoder such as the slit plate is rotating at a low speed when the power is turned on, the position is detected using the M-sequence signal and the encoder is rotating at a high speed. Then, by detecting the position using the Z pulse, the initial position can be detected at a low speed or a high speed. Further, the position detection using the M series reads the N M series signals instantaneously, so that the position detection time is short. On the other hand, the position detection using the Z pulse is worst in that the rotating body of the encoder makes one rotation. It takes time until. However, in the present invention, the position detection using the M-sequence is performed at low speed and the position detection using the Z pulse is performed at high speed. Therefore, even when the Z pulse position detection is performed, the rotator rotates once. This time is short and the time required for initial position detection can be short.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, in the initial position detection, since the high / low determination is made when the change amount of the A and B pulse count values is large / small in a certain sampling period, a new high / low determination means is newly provided. It can be realized without providing.
In the invention of
[0013]
In the invention of
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
The
[0015]
The currents output from the
[0016]
N M-sequence signals, A, B pulse signals, and Z pulse signals are respectively input to the digital processing unit 8, processed as follows, and processed into position detection values.
Similar to FIG. 4, the M-sequence / position conversion table 80 is a table having a size of N rows × N columns to be converted into N-bit position data with respect to input of N M-sequence signals. As in FIG. 4, 81 is a counter that doubles the A and B pulses as shown in FIG. 6 and counts up / down, and "0" is preset when the power is turned on.
[0017]
Here, when the power is turned on, first, the low speed / high
[0018]
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. Since only the low-speed / high-
As shown in the figure, the low speed / high
[0019]
That is, the output of the
[0020]
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. An M-sequence position detection
First, the M-sequence position detection
[0021]
The operation of the M-sequence position detection
The M-sequence position detection value that is the output of the table 80 is subtracted from the output of the buffer 871 that holds the previous value by the
[0022]
On the other hand, the Z pulse position detection value check circuit 88 is a latch 881 that latches the output of the
After the power is turned on, the output value of the
[0023]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the initial position is detected when the power is turned on using the M-sequence signal at a low speed, and the Z position is used at a high speed, so that the initial position can be detected from the stop time to the high speed. .
According to the second aspect of the present invention, it is possible to make a determination of low speed / high speed using the conventional A and B pulse count values without providing a new means for detecting the rotational speed. According to the invention of
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional example.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a table example for converting an M-sequence signal into position data.
6 is an operation explanatory diagram of FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
1回転で1パルスだけ同じ位置で発生するZパルス信号を出力するZパルス信号出力手段と、このZパルス信号から位置を検出する位置検出手段とを設け、
エンコーダの回転体が停止時を含む低速で回転中の場合は、前記M系列信号を用いて初期位置検出を行ない、エンコーダの回転体が高速で回転中の場合は、前記Zパルス信号を用いて初期位置検出を行なうことを特徴とするエンコーダの初期位置検出装置。M-sequence signal output means for outputting a binary random number signal (hereinafter referred to as an M-sequence signal) that makes one cycle per one rotation of the encoder rotator, and an arbitrary number of resolutions output per one rotation of the encoder rotator And a pulse signal output means for outputting an A pulse signal having a duty of 50% and a B pulse signal shifted from the A pulse signal by 1/4 of one cycle, and a conversion for converting the M-sequence signal into position data. Means and a counting means for counting the A pulse signal and the B pulse signal. When the power is turned on, the conversion means is used to detect the initial position, and then the initial position detection value is output from the counting means. In the encoder that can always detect the position by adding,
A Z pulse signal output means for outputting a Z pulse signal generated at the same position by one pulse per rotation, and a position detection means for detecting a position from the Z pulse signal are provided.
When the rotating body of the encoder is rotating at a low speed including when it is stopped, the initial position is detected using the M series signal. When the rotating body of the encoder is rotating at a high speed, the Z pulse signal is used. An initial position detection apparatus for an encoder, characterized by performing initial position detection.
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